DE60131571T2 - BEARING ARRANGEMENT WITH SENSORS FOR MONITORING LOADS - Google Patents
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Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft im allgemeinen Lager und insbesondere eine Lageranordnung, die Kräfte und Drehmomente, die durch sie übertragen werden, überwacht, um elektrische Signale bereitzustellen, die von Vorrichtungen verwendet werden, die Fahrzeugdynamiken überwachen und steuern, basierend auf berechneter Reifenkontaktflächenbelastung, oder um die allgemeinen Belastungen und Ladungen, die auf ein Lager wirken, zu bestimmen.The This invention relates generally to bearings, and more particularly to a bearing assembly. the forces and Torques transmitted through them be, supervised, to provide electrical signals used by devices that monitor vehicle dynamics and control, based on calculated tire contact surface load, or around the general loads and charges that act on a bearing, to determine.
Stand der TechnikState of the art
Es gibt eine Anzahl von Anwendungen, bei denen die Belastungen und Arten von Belastungen, die auf ein Lager in dessen Betrieb wirken, wichtige Informationen über das Lager und die mit dem Lager verbundenen Objekte liefern können. Eine derartige Anwendung ist die Automobilindustrie, wo derartige Belastungsinformationen, in elektrischer Signalform, entscheidend für die korrekte Anwendung von Fahrzeugdynamiksteuerungssystemen („VDC") sind. Eine andere Anwendung ist in der Stahlwalzindustrie, wo elektronische Verarbeitung und Steuerung zur Manipulation der Geschwindigkeit und Belastungen von Walzen während des Walzprozesses verwendet wird. Noch eine Anwendung ist die Werkzeugmaschinenindustrie, wo programmierbare Steuerungen und Prozessoren die Geschwindigkeit von Spindeln in Fräs-, Dreh- und Bohrmaschinen überwachen und steuern.It There are a number of applications where the loads and Types of loads acting on a bearing in its operation, important information about the warehouse and the objects connected to the warehouse. A such application is the automotive industry, where such load information, in electrical signal form, crucial for the correct application of Vehicle Dynamics Control Systems ("VDC") Another application is in the steel rolling industry, where electronic processing and control for manipulating the speed and loading of rollers while of the rolling process is used. Another application is the machine tool industry, where programmable controllers and processors speed of spindles in milling, Monitor turning and drilling machines and control.
In der Automobilindustrie werden viele Fahrzeuge aktueller Produktion mit Antiblockierbremsen ausgestattet. Ein System dieser Art überwacht die Rotation der Räder eines Fahrzeugs und, wenn die Bremsen des Fahrzeugs betätigt werden, vermindert die Bremskraft an jedem Rad das blockiert und rutscht. Dies vermindert die Neigung des Fahrzeugs vom Kurs abzukommen, wenn die Traktion an den Rädern unterschiedlich ist und erleichtert das Lenken des Fahrzeugs unter derartigen Umständen. Einige Fahrzeuge weisen ein Traktionskontrollsystem auf. Diese Art von System überwacht die Rotation der angetriebenen Räder und verteilt die Antriebskraft zwischen diesen Rädern, so dass eines nicht losbricht und durchdreht. Während beide Systeme es dem Fahrer eines Fahrzeugs ermöglichen, eine bessere Kontrolle über das Fahrzeug aufrecht zu erhalten, beeinflussen auch andere Faktoren den Betrieb des Fahrzeugs und trotz des erfolgreichen Betriebs eines Antiblockierbremssystems und eines Traktionskontrollsystems können diese anderen Faktoren immer noch zu einem Kontrollverlust des Fahrzeugs führen.In In the automotive industry, many vehicles are current production equipped with anti-lock brakes. A system of this kind monitors the rotation of the wheels a vehicle and, when the brakes of the vehicle are applied, reduces the braking force on each wheel that locks and slips. This reduces the tendency of the vehicle to stray from the course when the traction on the wheels is different and facilitates the steering of the vehicle under such circumstances. Some vehicles have a traction control system. This kind monitored by the system the rotation of the driven wheels and distributes the driving force between these wheels so that one does not break loose and is spinning. While Both systems allow the driver of a vehicle to have better control over the vehicle Maintaining vehicle also affect other factors the operation of the vehicle and despite the successful operation of an anti-lock braking system and a traction control system can use these other factors still lead to a loss of control of the vehicle.
Wesentlich unter diesen anderen Faktoren sind die Zentripetalkräfte, die ein Fahrzeug erfährt, wenn es um eine Kurve fährt – Kräfte, die seitlich auf das Fahrzeug wirken. Die Reibung zwischen den Fahrzeugreifen und der Straßenoberfläche, die an den so genannten „Reifenkontaktflächen" stattfindet, erzeugt diese Kräfte, gelegentlich jedoch mag die Reibung nicht ausreichen und das Fahrzeug wird rutschen und eventuell außer Kontrolle geraten, insbesondere, wenn es von einer Person mit ungenügendem Fahrgeschick betrieben wird. Andererseits können die Reibungskräfte an den Reifenkontaktflächen ein Rutschen verhindern, aber die in der Kurve erzeugte Zentripetalkraft erzeugt ein Moment um den Schwerpunkt des Fahrzeugs, das ausreicht, das Fahrzeug umstürzen zu lassen.Essential Among these other factors are the centripetal forces a vehicle experiences when it turns a corner - forces that act on the side of the vehicle. The friction between the vehicle tires and the road surface, the takes place on the so-called "tire contact surfaces" produced these forces, occasionally, however, the friction may not be enough and the vehicle will slip and possibly except Control advised, especially if it is from a person with insufficient driving skills is operated. On the other hand the frictional forces at the tire contact surfaces Prevent slipping, but the centripetal force generated in the curve creates a moment around the center of gravity of the vehicle that is sufficient overturn the vehicle allow.
Die Automobilhersteller haben sich den VDC-Systemen zugewandt, um einen Kontrollverlust von Fahrzeugen in Kurven zu verhindern. Das typische VDC-System stützt sich auf einen Giersensor, der die Rate der Veränderung des Gierens (Rotation des Fahrzeugs um seine vertikale Achse) misst, und einen Querbeschleunigungssensor, um die Zentripetalkraft, die auf das Fahrzeug als Folge des Durchfahrens einer Kurve wirkt, zu messen. Ein VDC-System berücksichtigt auch die Winkelgeschwindigkeit der Straßenräder, die Stellung des Lenkrads und die von dem Motor erzeugte Leistung. Das typische VDC-System analysiert diese Informationen und moduliert den Betrieb sowohl des Motors als auch der Bremsen, um eine bessere Kontrolle des Fahrzeugs in der Kurve aufrecht zu erhalten.The Automobile manufacturers have turned to the VDC systems to get one Prevent loss of control of vehicles in bends. The typical VDC system supports refers to a yaw sensor that determines the rate of change in yawing (rotation of the Vehicle about its vertical axis), and a lateral acceleration sensor, around the centripetal force acting on the vehicle as a result of passing through a curve acts to measure. A VDC system also takes into account the angular velocity of the Road wheels that Position of the steering wheel and the power generated by the engine. The typical VDC system analyzes this information and modulates the operation of both the engine and the brakes to a better To maintain control of the vehicle in the bend.
Weiter
fortgeschrittene VDC-Systeme berücksichtigen
bei der Echtzeitanalyse auch geschätzte Lasten an den einzelnen
Rädern
und versuchen auf diese Weise die Zustände an den Reifenkontaktflächen zu
bewerten. Jedoch erfährt
jede Reifenkontaktfläche
beim Durchfahren einer Kurve Kräfte
und Drehmomente, die nicht von einfachen analytischen Methoden erfasst
werden können.
Daher liefert beispielsweise die Messung der Auslenkung eines Stoßdämpferkolbens
nicht sehr verlässliche
Hinweise auf die Zustände,
die an der Reifenkontaktfläche unterhalb
dieses Stoßdämpfers herrschen.
Sicherlich liefert es keinen Hinweis auf das Drehmoment an der Reifenkontaktfläche und
noch weniger auf den Ort, an dem die Resultierende der Kraft auf
die Reifenkontaktfläche
wirkt. Es gibt Lageranordnungen, die die Verwendung von Dehnmessstreifen
umfassen, um gewisse Informationen hinsichtlich unterschiedlicher
Lagerbelastungen zu liefern. Beispielsweise verwendet ein Wälzlager,
das in dem
Während die Automobilindustrie fortwährend elektronische Vorrichtungen entwickelt, die dem Fahrer durch unterschiedliche Kombinationen von Bremsbetätigung und fortwährender Fahrwerkseinstellung helfen, Kontrolle über sein Fahrzeug zu behalten, erfordern die weiter fortgeschrittenen dieser Systeme daher verlässliche Eingangssignale, die das gesamte Spektrum der Belastung widerspiegeln, die ein Hinweis auf die Lasten sind, die auf die Reifenkontaktfläche wirken.While the Automotive industry continually electronic Developed devices that provide the driver with different Combinations of brake application and more and more Suspension adjustment help to keep control over his vehicle Therefore, the more advanced of these systems require reliable ones Input signals that reflect the full range of stress that an indication of the loads acting on the tire contact surface.
Auf ähnliche Weise verwenden die Walzwerk- und Werkzeugmaschinen-Industrien unterschiedliche Arten von Prozesssteuerungen, die die Überwachung von Lasten auf Lagern erfordern. Im Speziellen erfordern Walzwerke Lagerrückmeldungen betreffend Anzeichen eines Antriebsriemenschlupfes an den Walzen oder Anzeichen, dass ein spezifischer Satz von Walzen höhere Belastungen erfährt. Computergesteuerte Werkzeugmaschinen müssen die Lasten, die ein eine Spindel tragendes Lager erfährt, überwachen, um zu beurteilen, ob Schneid- oder Bohrwerkzeuge stumpf geworden sind oder ob die Schneid- oder Bohrgeschwindigkeiten die für den Bearbeitungsvorgang vorgegebenen Grenzen überschreiten.On similar Way, the rolling mill and machine tool industries use different Types of process controls that control the monitoring of loads on warehouses require. In particular, rolling mills require bearing feedback concerning signs of drive belt slippage on the rollers or indications that a specific set of rolls is experiencing higher loads. computerized Machine tools need monitor the loads experienced by a spindle bearing bearing, to assess whether cutting or drilling tools have become dull or whether the cutting or drilling speeds are the same for the machining process exceed given limits.
Gemäß der vorliegenden
Anmeldung ist eine Straßenradanordnung
für ein
Kraftfahrzeug vorgesehen, wobei die Anordnung eine Komponente für das Aufhängungssystem
des Kraftfahrzeugs, ein in Nachbarschaft zu der Aufhängungskomponente
angeordnetes Straßenrad
des Fahrzeugs und eine Lageranordnung, die das Straßenrad mit
der Aufhängungskomponente
verbindet, aufweist, um eine Rotation des Straßenrads um eine Achse zu ermöglichen
und Lasten zwischen dem Straßenrad
und der Aufhängungskomponente
zu übertragen,
wobei den Kontakt des Rads mit einer Straße reflektierende Kräfte erfasst
werden, wobei die Lageranordnung umfasst:
eine Nabe, an der
das Straßenrad
befestigt ist, wobei die Nabe eine entlang ihrer Achse angeordnete
Spindel aufweist,
erste und zweite innere, auf der Spindel
der Nabe angeordnete Laufflächen,
wobei die inneren Laufflächen
nach außen,
weg von der Achse weisen und bezüglich
der Achse in entgegengesetzte Richtungen geneigt sind,
ein
Gehäuse,
das die inneren Laufflächen
umschließt und
in Umfangsrichtung und im Wesentlichen axial ausgerichtete Außen- und
Innenflächen
aufweist, die nach außen
weg von und nach innen hin zu der Achse weisen, und einen Flansch,
der nach außen
weg von der in Umfangsrichtung und axial verlaufenden Außenfläche absteht,
wobei das Gehäuse
mit seinem Flansch an der Aufhängungskomponente
befestigt ist und wobei die in Umfangsrichtung und axial verlaufenden
Außen-
und Innenflächen
und der Flansch Sensorflächen
am Gehäuse
bilden,
erste und zweite äußere Laufflächen, die
am Gehäuse
vorgesehen und nach innen, zu der Achse und den inneren Laufflächen hingewandt
sind, wobei die erste äußere Lauffläche zu der
ersten inneren Lauffläche
hingewandt und in die gleiche Richtung wie diese geneigt ist und
die zweite äußere Lauffläche zu der
zweiten inneren Lauffläche
hingewandt und in die gleiche Richtung wie diese geneigt ist,
erste
Wälzkörper, die
in einer Reihe zwischen den ersten Laufflächen angeordnet sind und mit
diesen in Berührung
stehen, und zweite Wälzkörper, die
in einer Reihe zwischen den zweiten Laufflächen angeordnet sind und mit
diesen in Berührung
stehen, wodurch die Nabe sich mit minimaler Reibung in dem Gehäuse drehen
kann und die einzelnen Wälzkörper auf
den Laufflächen
abrollen, um zwischen dem Gehäuse
und der Nabe radiale Lasten und in beide Axialrichtungen weisende
Drucklasten zu übertragen und
Spannungen in das Gehäuse
zu leiten, die durch Verformungen der Sensorfläche reflektiert werden, und
Dehnungsmessstreifen, die an mehreren Orten auf der Sensorfläche des
Gehäuses
angeordnet sind, wobei die Dehnungsmessstreifen derart ausgebildet
und angeordnet sind, dass Dehnungen der Sensorfläche in Umfangs- und Axialrichtung
erfasst werden.According to the present application, there is provided a road wheel assembly for a motor vehicle, the assembly comprising a component for the suspension system of the motor vehicle, a road wheel of the vehicle disposed adjacent to the suspension component, and a bearing assembly connecting the road wheel to the suspension component of the road wheel about an axis and to transfer loads between the road wheel and the suspension component, wherein the contact of the wheel with a road reflective forces are detected, the bearing assembly comprises:
a hub to which the road wheel is attached, the hub having a spindle arranged along its axis,
first and second inner raceways disposed on the spindle of the hub, the inner raceways facing outwardly away from the axle and inclined in opposite directions relative to the axle,
a housing enclosing the inner raceways and having circumferentially and substantially axially aligned outer and inner surfaces facing outwardly away from and inwardly toward the axis, and a flange extending outwardly away from the circumferentially and axially thereof extending outer surface, wherein the housing is fastened with its flange on the suspension component and wherein the circumferentially and axially extending outer and inner surfaces and the flange form sensor surfaces on the housing,
first and second outer raceways provided on the housing and facing inwardly toward the axle and the inner raceways, the first outer race being turned toward the first inner race and inclined in the same direction as the second outer race the second inner tread is turned and inclined in the same direction as this
first rolling elements arranged in a row between and in contact with the first raceway surfaces and second rolling elements arranged in series between and in contact with the second raceway surfaces, whereby the hub engages with minimal friction in the raceway Rotate the housing and roll the individual rolling elements on the running surfaces to transfer between the housing and the hub radial loads and pointing in both axial directions compressive loads and to conduct stresses in the housing, which are reflected by deformation of the sensor surface, and strain gauges on several locations on the sensor surface of the housing are arranged, wherein the strain gauges are formed and arranged such that strains of the sensor surface in the circumferential and axial direction are detected.
Zusätzliche Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.additional Features of the invention will become apparent from the dependent claims.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Beste Art der Ausführung der ErfindungBest way of performing the invention
Bezug
nehmend auf die Zeichnung erfährt ein
Straßenrad
W (
Schließlich gibt
es ein horizontales Drehmoment Th, gelegentlich als Kippmoment bezeichnet, welches
um eine Achse wirkt, die horizontal durch das Rad W in Fortbewegungsrichtung
des Rads W wirkt. Das Rad W weist eine Felge
Das
Rad W ist mit einer Komponente C (
Im
Einzelnen umfasst die Nabe
An
ihrem dem Flansch
Das
Lager
Zusätzlich zu
den Konussen
Das
Gehäuse
Das
Gehäuse
Die
ringförmigen
Räume an
den Enden des Lagers
Das
geformte Ende
Die
zwei Konusse
Wenn
die Anordnung A derart vereinheitlicht ist, befindet sich das Lager
Die
Kräfte
Fv, Fh und Ft und die Drehmomente Tv und Th, die auf das Rad W wirken,
spiegeln die Zustände
an der Reifenkontaktfläche
Die
Kräfte
Fv, Fh und Ft und die Drehmomente Tv und Th, die das Rad W erfährt, werden
auf die Komponente C des Aufhängungssystems
durch die Lageranordnung A übertragen,
so dass die Lageranordnung A diese Kräfte F und Drehmomente T ebenfalls
erfährt.
Die Kräfte
F und Drehmomente T drücken
sich durch geringfügigste
Ausdehnungen und Stauchungen des Gehäuses
In
einem Ausführungsbeispiel
umfasst jedes Sensormodul M (
Zusätzlich zu
seinem Sensor
Vier
Sensormodule M sind mit der Außenfläche
Wenn
das Straßenrad
W über
eine Straßenfläche rollt
und die Komponente C des Aufhängungssystems
mit sich trägt – so wie
auch das gesamte Fahrzeug, dessen Teil die Komponente C ist – rotiert die
Spindel
Eine
abgewandelte Lageranordnung B (
Bei
einem Straßenrad
W auf einer Nabe
Eine
weitere abgewandelte Lageranordnung C (
Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
entspricht der Lageranordnung A in jeder Hinsicht, außer dass kein
Straßenrad
W, keine Felge
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